加速度傳感器

加速度傳感器是一種能夠測量加速度的傳感器。通常由質(zhì)量塊、阻尼器、彈性元件、敏感元件和適調(diào)電路等部分組成。傳感器在加速過程中，通過對質(zhì)量塊所受慣性力的測量，利用牛頓第二定律獲得加速度值。

詳細(xì)介紹

1. 加速度計(jì)類型-電容MEMS，壓電或壓電電阻
    加速度計(jì)主要有三種類型：電容式MEMS，壓電式和壓阻式。加速度計(jì)的數(shù)據(jù)表會或應(yīng)該準(zhǔn)確告訴您它是什么類型，因?yàn)闉槟膽?yīng)用選擇正確的加速度計(jì)類型可能會有所不同。通常，電容式MEMS加速度計(jì)最適合運(yùn)動感測應(yīng)用（請考慮相對慢/低頻的人體運(yùn)動）；壓電最適合振動；壓阻最好用于沖擊測試。

2. 頻率響應(yīng)或帶寬
    帶寬或頻率響應(yīng)是加速度計(jì)選擇中最重要的參數(shù)。如果加速度計(jì)的帶寬不包括您希望測量的運(yùn)動，振動或沖擊的頻率，您將無法獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。頻率響應(yīng)規(guī)范顯示了整個頻率范圍內(nèi)靈敏度的最大偏差。

    通常將帶寬指定為相對于參考頻率靈敏度（通常為100 Hz）的公差帶?？梢砸园俜直群?或dB為單位指定公差帶，典型的頻段為±5％，± 10％，  ±1 dB甚至±3 dB。大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊都會提供典型的頻率響應(yīng)曲線，以為用戶提供幫助。下面以enDAQ傳感器（以前為Slam Stick）的頻率響應(yīng)為例（摘自數(shù)據(jù)表）；它也方便地將分貝與百分比偏差進(jìn)行比較。

    帶寬信息告訴用戶加速度計(jì)是否可以測量慢速或靜態(tài)加速度，并定義加速度計(jì)仍將保持精確的頻率上限。如果帶寬的較低范圍未達(dá)到0 Hz（稱為DC響應(yīng)），則加速度計(jì)將無法像海洋環(huán)境中那樣測量靜態(tài)加速度，例如重力或緩慢振動（<2 Hz）。對于需要速度（通過積分加速度數(shù)據(jù)）或位移（兩次積分）的應(yīng)用，也需要直流響應(yīng)加速度計(jì)。沒有直流響應(yīng)的加速度計(jì)將具有固有的衰減功能，這將在數(shù)值積分期間（尤其是在長時間事件中）導(dǎo)致重大誤差。簡單的諧波運(yùn)動計(jì)算器以獲取更多信息- 注意：enDAQ是Mide的一部分。

    傳感器的頻率響應(yīng)通常主要由傳感器的機(jī)械共振在高頻端控制。它們有時也是用于防止混疊的低通濾波的結(jié)果。

3. 敏感度
    加速度計(jì)的靈敏度定義了傳感器將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號（輸出）的速率；這將定義加速度計(jì)的加速度測量范圍。靈敏度通常表示為mV / g（毫伏或每g）或pC / g（微微克每g），其中g(shù)是重力引力或9.81 m / s 2; 但是數(shù)字輸出加速度計(jì)會將其指定為LSB / g（每g的最低有效位）。您想要的靈敏度取決于您想要測量的信號的電平。如果您對較小的振動感興趣，則需要更高的靈敏度以提供更清晰的信號（更高的信噪比）。當(dāng)試圖為沖擊事件測量更高的振幅時，您將需要更低的靈敏度。壓阻式加速度計(jì)通常具有非常低的靈敏度（小于1 mV / g），并且需要一個額外的放大器。

4. 測量范圍
    顧名思義，該規(guī)范定義了加速度計(jì)可以測量的加速度幅度范圍，與靈敏度成正比。請勿將其與定義加速度計(jì)在損壞前可以承受的加速度等級的沖擊極限相混淆。我經(jīng)常發(fā)現(xiàn)客戶低估了他們要測量的振動/加速度的幅度。通常，最好只使用加速度計(jì)測量范圍的較低20％，以確保有足夠的余量來測量意外或意外的加速度。

5. 噪音
    加速度計(jì)-寬帶噪聲噪聲級別可以通過多種不同方式定義。一些加速度計(jì)會將殘余噪聲定義為寬帶RMS值，通常以μV或μg為單位  。這是通過在沒有任何機(jī)械激勵的情況下取信號的均方根來計(jì)算的。低于寬帶噪聲水平的加速度將無法解決。 當(dāng)使用5 kHz低通濾波器以20 kHz采樣時，我在enDAQ傳感器的±25g寬帶噪聲的右邊添加了一張圖像  。該數(shù)據(jù)表  指定了一個噪聲電平小于0.01克RMS; 您會發(fā)現(xiàn)噪聲水平通常在  ±0.01g范圍內(nèi)。

    加速度計(jì)噪聲FFT一些加速度計(jì)數(shù)據(jù)表提供了頻譜噪聲參數(shù)，該參數(shù)將指定為μV /√Hz或μg /√Hz。當(dāng)此值乘以測量帶寬的平方根時，此結(jié)果就是傳感器的標(biāo)稱RMS加速度噪聲。許多加速度計(jì)會在不同范圍內(nèi)指定此頻譜噪聲密度，因?yàn)樵肼曀絻A向于在較高的頻率下降，如采樣傳感器記錄的噪聲水平的FFT（快速傅立葉變換）所示。此FFT是使用enDAQ Lab軟件（以前稱為Slam Stick Lab）生成的。

6. 決議
    通常僅對數(shù)字輸出加速度計(jì)或結(jié)合了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)給出加速度計(jì)的分辨率。分辨率通常會指定為位，然后可用于計(jì)算加速度單位的分辨率。例如，假設(shè)加速度計(jì)系統(tǒng)具有16位分辨率；這意味著它可以測量2 16（65,536）個加速度等級或等級。對于±100g的測量范圍，這等于0.003g（200/65536）的分辨率，這是最小的可測量加速度水平。在寬帶噪聲圖像中，數(shù)據(jù)是使用14位分辨率的±25 g加速度計(jì)生成的  （對于低于8.5 kHz的采樣率，傳感器的分辨率高達(dá)16位）。這也等于0.003g（50/214）; 您會看到這些數(shù)據(jù)點(diǎn)始終至少間隔0.003g。

7. 篩選
    濾波可以集成在某些加速度計(jì)中，以改善信號質(zhì)量。所有壓電加速度計(jì)（串聯(lián)的電阻和電容器）都內(nèi)置有一個高通濾波器，從而使這些加速度計(jì)具有交流響應(yīng)。低通濾波器在加速度計(jì)和加速度計(jì)系統(tǒng)中非常常見，以防止混疊，而混疊不能在軟件中濾除。有許多不同的過濾器類型（一些常見的過濾器是Butterworth，Elliptical和Bessel），這些在我們的文章中針對振動測試的不同過濾器進(jìn)行了詳細(xì)說明。不過，對數(shù)字加速度計(jì)或加速度計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行一些濾波很重要，并且應(yīng)避免使用沒有濾波的產(chǎn)品。

8. 溫度敏感性
    溫度靈敏度定義了加速度計(jì)的靈敏度如何隨溫度變化。加速度計(jì)是機(jī)械系統(tǒng)，因此溫度會影響設(shè)備的機(jī)械性能，從而影響加速度計(jì)的靈敏度。溫度靈敏度通常定義為每攝氏度的百分比偏移（％/°C）。對于具有高溫度靈敏度的加速度計(jì)（傾向于壓電和壓阻），您將需要某種形式的溫度補(bǔ)償來相應(yīng)地縮放輸出，以抵消溫度的影響。某些加速度計(jì)將包含此補(bǔ)償。如果您要在溫度變化和/或極端的環(huán)境中進(jìn)行測試，則不能忽略溫度敏感性?？赡軐?dǎo)致錯誤率超過50％。

9. 橫向靈敏度
    橫向靈敏度定義了加速度計(jì)對與傳感器的敏感軸成90度（或正交）的加速度的敏感度。此參數(shù)以百分比表示。理想情況下應(yīng)為0％，但由于制造公差，橫向靈敏度通常為5％或10％。

10. 三軸
    三軸表示加速度計(jì)可以測量所有三個方向上的加速度。通常，您會更喜歡使用3軸加速度計(jì)來完全了解系統(tǒng)在3維空間中的響應(yīng)。高端加速度計(jì)通常只是單軸，可能需要您購買和安裝三個測試單元，這既昂貴又費(fèi)時。